DE3519791C2

DE3519791C2 -

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Publication number: DE3519791C2
Application number: DE19853519791
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Ing. 6940 Weinheim De Gehl
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 1985-06-03
Filing date: 1985-06-03
Publication date: 1988-12-15
Also published as: DE3519791A1

Description

Eine derartige gattungsgemäße Schutzschaltung ist aus der DD-PS 1 01 066 bekannt. Bei dieser bekannten Schutzschaltung handelt es sich um einen "Spannungskonstanter", für den zwangsläufig nur ein einziger Betrag für den Nennlastwiderstand R _L existiert. Zusätzlich ist bei dieser bekannten Schutzschaltung eine konstante Hilfsspannung U _H erforderlich, die somit einen schaltungstechnisch größeren Aufwand bedingt.Such a generic protection circuit is known from DD-PS 1 01 066. This known protective circuit is a "voltage constant" for which there is inevitably only a single amount for the nominal load resistance R _L. In addition, a constant auxiliary voltage U _{H is} required in this known protective circuit, which therefore requires a greater amount of circuitry.

Als nachteilig kann bei dieser bekannten Schutzschaltung vor allen Dingen angesehen werden, daß nach dem Abschalten des Längstransistors bei einem definierten Strom oder bei einem entsprechend niedrigen Lastwiderstand nur eine geringe Vergrößerung des Lastwiderstandes ausreicht, um den Transistor T₁ zu sperren und damit den Längstransistor T _L einzuschalten. Mit anderen Worten reicht daher bereits eine geringe Erhöhung des Lastwiderstandes aus, um das automatische Einschalten der Schutzschaltung erneut bewirken zu können, so daß diese bekannte Schutzschaltung keine ausreichende Stabilität zeigt.A disadvantage of this known protective circuit can be seen above all that after switching off the series transistor at a defined current or with a correspondingly low load resistance, only a small increase in the load resistance is sufficient to block the transistor T ₁ and thus the series transistor T _L turn on. In other words, a slight increase in the load resistance is therefore sufficient to enable the protective circuit to be switched on again automatically, so that this known protective circuit does not show sufficient stability.

Auch sind Schutzschaltungen bekannt, die nach dem Prinzip arbeiten, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes die Überwachungsschaltung den steuerbaren Halbleiter sperrt und nach einer vorgegebenen Zeit wieder durchschaltet, wobei sich diese Vorgänge wiederholen, solange der gemessene Strom den vorgegebenen Stromwert überschreitet. Dies bedeutet jedoch, daß, solange der Stromgrenzwert überschritten wird, durch das periodische Einschalten des steuerbaren Halbleiters und der Prüfung, welcher Stromwert vorhanden ist, eine periodische Impulsfolge in der Schutzschaltung erzeugt wird, die verschiedene gravierende Nachteile aufweist. Diese mit einer Impulsfolge arbeitenden Schutzschaltungen, die kurz als getaktete, kurzschlußfeste und überlastsichere Schutzschaltungen bezeichnet werden, erzeugen daher bei einer im Schaltkreis festgestellten Überlast oder einem Kurzschluß durch die periodischen Stromimpulse relativ hohe Verlustleistungen am steuerbaren Halbleiter. Diese Verlustleistung im steuerbaren Halbleiter ist einerseits unerwünscht und bedarf andererseits einer entsprechend höheren Wärmeableitungsfläche, die jedoch einen größeren Flächen- bzw. Raumbedarf in der Schaltung erfordert. Neben dem Aspekt der Verlustleistung können jedoch im Lastkreis an den entsprechenden Verbrauchern durch die Stromimpulsfolge Fehlsignale auftreten, zum Beispiel daß ein nachgeschalteter Zähler diese Impulse als Zählimpulse auswertet, so daß es gegebenenfalls erforderlich werden kann, dem Lastkreis Unterdrückungsschaltungen oder Filterschaltungen zur Eliminierung dieser Stromimpulsfolge vorzuschalten. Darüber hinaus können durch diese teilweise sehr kurzen Stromimpulse Störungen auch in den benachbarten Leitungen und auf der Versorgungsspannung hervorgerufen werden, was aufgrund bestehender Bestimmungen zur Funkentstörung und auch im Hinblick auf eine generelle Störsicherheit nicht akzeptierbar ist.Protective circuits based on the principle are also known work that when a predetermined current value is exceeded the monitoring circuit blocks the controllable semiconductor and switches through again after a predetermined time, whereby these processes are repeated as long as the measured current exceeds the specified current value. However, this means that, as long as the current limit is exceeded, by the periodically switching on the controllable semiconductor and the Checking which current value is available, a periodic Pulse train is generated in the protection circuit, the different has serious disadvantages. This with a pulse train protective circuits, which are briefly referred to as clocked Short-circuit-proof and overload-proof protective circuits are, therefore, generate at a detected in the circuit Overload or a short circuit due to the periodic current pulses relatively high power losses on the controllable semiconductor. This power loss in the controllable semiconductor is on the one hand undesirable and on the other hand needs one corresponding higher heat dissipation area, but one requires larger space or space in the circuit. In addition to the aspect of power loss, however, in the load circuit to the corresponding consumers through the current pulse sequence False signals occur, for example that a downstream Counter evaluates these pulses as counting pulses so that it may be required, the load circuit suppression circuits or filter circuits for elimination upstream of this current pulse sequence. In addition, you can due to these sometimes very short current pulses in the neighboring lines and on the supply voltage What is caused by existing provisions on Interference suppression and also with regard to general interference immunity is not acceptable.

Neben den getakteten überlastsicher und kurzschlußfesten Schutzschaltungen sind auch andere Maßnahmen, insbesondere zum Schutz des steuerbaren Halbleiters, in einer derartigen Schutzschaltung bekannt. Eine relativ einfache Maßnahme ist dabei, in Reihe zu dem steuerbaren Halbleiter, der den Lastkreis betätigt, eine Schmelzsicherung vorzusehen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß nach dem Auftreten einer Überlast oder eines Kurzschlusses im Lastkreis die Sicherung zerstört ist und ausgewechselt werden muß. Der hierfür erforderliche Zeitaufwand kann in vielen Fällen jedoch nicht akzeptiert werden.In addition to the clocked overload-proof and short-circuit proof protective circuits are other measures, especially for protection of the controllable semiconductor, in such a protective circuit known. A relatively simple measure is to do in series the controllable semiconductor that actuates the load circuit, one To provide a fuse. However, this has the disadvantage that after an overload or short circuit occurs in the Load circuit the fuse has been destroyed and replaced got to. The time required for this can in many cases however not be accepted.

Auch ist es bekannt, einen Kaltleiter in Reihe mit dem steuerbaren Halbleiter in den Lastkreis zu schalten. Der Widerstand des Kaltleiters im Normalzustand (Kaltwiderstand) muß dabei so hochohmig sein, daß im Falle eines Kurzschlusses im Lastkreis kein unzulässig hoher Strom fließt. Dies bedeutet jedoch, daß auch im Normalbetrieb an diesem Kaltleiter ein relativ hoher Spannungsabfall auftritt, der oft nicht in Kauf genommen werden kann. Darüber hinaus wird zum Beispiel bei einem Dauerkurzschluß im Lastkreis der Kaltleiter direkt oder indirekt aufgeheizt und damit sehr hochohmig. Nach Beseitigung des Kurzschlusses ist dann der Kaltleiter so hochohmig, daß die Last nicht mehr eingeschaltet werden kann. In diesem Fall muß der Lastkreis solange abgeschaltet bleiben, bis der Kaltleiter abgekühlt ist und seinen Normalzustand, d. h. seinen Kaltwiderstand, erreicht hat. Die dadurch bedingte Betriebsunterbrechung ist in vielen Fällen nicht akzeptabel.It is also known to connect a PTC thermistor in series with the controllable one To switch semiconductors in the load circuit. The resistance of the PTC thermistor in the normal state (cold resistance) must be so be high impedance in the event of a short circuit in the load circuit no impermissibly high current flows. However, this means that a relatively high one, even in normal operation on this PTC thermistor Voltage drop occurs that is often not accepted can. In addition, for example, in the event of a permanent short circuit heated directly or indirectly in the load circuit of the PTC thermistor and very high impedance. After eliminating the short circuit then the PTC thermistor so high that the load is no longer switched on can be. In this case, the load circuit must last remain switched off until the PTC thermistor has cooled and its Normal condition, d. H. has reached its cold resistance. The resulting business interruption is in many cases unacceptable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der schaltungstechnisch bedingte kritische Verlustleistungen für den Halbleiterschalter vermieden werden und die ein zuverlässiges, stabiles Zuschalten der Versorgungsspannung bei Erreichen des entsprechenden Nennlastwiderstandes ermöglicht.The invention lies the task underlying a Protection circuit of the type mentioned at the outset critical circuit-related Power losses for the semiconductor switch avoided will and the a reliable, stable connection the supply voltage when the corresponding one is reached Nominal load resistance enables.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schutzschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils gelöst.This object is achieved with a protective circuit according to the preamble of claim 1 by the features of characteristic part solved.

Ein genereller Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, daß die Schutzschaltung bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden kann, wobei durch die Auslegung mit konstantem Meßstrom einerseits keine zusätzliche Hilfsspannung erforderlich ist und andererseits die Ansprechspannung der Meßschaltung proportional zur jeweiligen Versorgungsspannung ausgelegt werden kann.A general advantage of the invention can be seen in that the protection circuit at different supply voltages can be operated, with the design with constant Measuring current, on the one hand, no additional auxiliary voltage required and on the other hand the response voltage of the measuring circuit is proportional be designed for the respective supply voltage can.

Ein wesentlicher Lösungsgedanke der Erfindung zielt darauf ab, zuverlässig das Erreichen des Nennlastwiderstandes im Lastkreis festzustellen und dabei Verlustleistungen am steuerbaren Halbleiter zu minimieren bzw. gänzlich auszuschalten. Schaltungstechnisch und funktional sieht die Erfindung hierfür eine Meßschaltung vor, die sowohl mit dem Lastkreis als auch mit der Überwachungsschaltung in Verbindung steht. Sofern die Überwachungsschaltung aufgrund des definierbaren Ansprechstromes einen Überstrom im Lastkreis feststellt, wird der den Strom für den Lastkreis schaltende steuerbare Halbleiter abgeschaltet und die Meßschaltung spätestens dann aktiviert.An essential solution of the invention aims to reliably reaching the nominal load resistance in the load circuit determine and thereby power losses on the controllable semiconductor to minimize or switch off entirely. Circuitry and functionally the invention sees a measuring circuit for this before that with both the load circuit and with the Monitoring circuit is connected. If the monitoring circuit due to the definable response current If an overcurrent is detected in the load circuit, it becomes the current controllable semiconductors switched off for the load circuit are switched off and the measuring circuit then activated at the latest.

Die Erfindung geht den Weg, gezielt einen Meßstrom im Lastkreis nach dem Ansprechen der Überwachungsschaltung und dem dadurch bedingten Abschalten des steuerbaren Halbleiters fließen zu lassen. Dieser Meßstrom kann beispielsweise von der Meßschaltung selbst, aber auch separat von dieser, erzeugt werden. The invention goes the way, specifically a measuring current in the load circuit after the response of the monitoring circuit and the thereby switching off the controllable semiconductor to let flow. This measuring current can, for example, from the measuring circuit itself, but also separately from this will.

Dieser Meßstrom wird solange durch den Lastkreis geschickt, bis der Widerstand im Lastkreis den Nennwiderstand erreicht hat. Bei Erreichen des Nennwiderstandes wird die Überwachungsschaltung zumindest im Hinblick auf das Aufheben der Abschaltung für den steuerbaren Halbleiter so beeinflußt, daß dieser wieder durchgeschaltet wird.This measuring current is sent through the load circuit as long as until the resistance in the load circuit reaches the nominal resistance Has. When the nominal resistance is reached, the monitoring circuit at least in terms of removing the shutdown influenced for the controllable semiconductor so that this is switched through again.

Um zuverlässig das erneute Einschalten des steuerbaren Halbleiters erst bei Erreichen des Nennlastwiderstandes im Lastkreis zu ermöglichen, wird der Ansprechstrom der Überwachungsschaltung so definiert, daß dieser mindestens minimal größer ist als der Nennstrom.To reliably switch the controllable semiconductor on again only when the nominal load resistance in the load circuit is reached to enable the response current of the monitoring circuit so defined that this at least is minimally greater than the nominal current.

Da die Schutzschaltung bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen z. B. von 10 bis 250 Volt betreibbar sein muß, ändert sich in Abhängigkeit von dieser Versorgungsspannung auch der bei einem als konstant vorausgesetzten Nennstrom auftretende Nennlastwiderstand. Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, den Meßstrom als Konstantstrom vorzusehen und die Ansprechspannung der Meßschaltung proportional zur Versorgungsspannung auszulegen. Bei dieser Ausbildung beeinflußt die Meßschaltung die Überwachungsschaltung im Hinblick auf die Abschaltung des steuerbaren Halbleiters erst dann, wenn der von der Versorgungsspannung abhängige Nennlastwiderstand im Lastkreis erreicht ist. Vorteilhafterweise wird der Überwachungsschaltung eine Verzögerungsschaltung zugeordnet, damit auch spezielle Verbraucher, wie Kondensatoren oder Lampen, ohne ein Ansprechen der Überwachungsschaltung im Lastkreis eingeschaltet werden können. Wird nämlich z. B. im Lastkreis eine Glühlampe angeordnet, so tritt im Augenblick des Zuschaltens ein unzulässig hoher Strom auf, der ohne Verzögerungsschaltung zur sofortigen Abschaltung führt. Dies resultiert aus dem Kaltwiderstand der Glühlampe, der im Regelfall etwa nur ein Zehntel des Nennwiderstandes der Glühlampe beträgt. Because the protection circuit with different supply voltages e.g. B. must be operable from 10 to 250 volts, changes depending on this supply voltage also at a nominal current that is assumed to be constant nominal load resistance occurring. Because of this, it is particularly advantageous to provide the measuring current as a constant current and the response voltage of the measuring circuit is proportional to the supply voltage. At this Training affects the measuring circuit, the monitoring circuit with regard to the shutdown of the controllable Semiconductor only when that of the supply voltage dependent nominal load resistance in the load circuit is reached. The monitoring circuit is advantageously a Delay circuit assigned, so also special Consumers, such as capacitors or lamps, without responding the monitoring circuit in the load circuit is switched on can be. Is namely z. B. in the load circuit Incandescent lamp arranged, occurs at the moment of switching on an impermissibly high current on the without delay circuit leads to immediate shutdown. This results from the cold resistance of the incandescent lamp, which is usually about is only one tenth of the nominal resistance of the incandescent lamp.

Ähnliche Abschaltverhältnisse liegen auch bei einem Kondensator vor. Im Augenblick des Einschaltens stellt der Kondensator zunächst einen Lastkurzschluß dar, so daß die Überwachungsschaltung ansprechen müßte und den im einfachsten Fall als Transistor ausgelegten steuerbaren Halbleiter abschaltet. Um derartige Fehlschaltungen der Schutzschaltung bei kapazitiver Last oder einer Last mit Kaltwiderstand zu vermeiden, ist die Verzögerungsschaltung vorgesehen. Diese bewirkt, daß die Überwachungsschaltung zeitverzögert, also z. B. nach einer Teilaufladung einer Kapazität im Lastkreis oder nach dem Anstieg des Kaltwiderstandes ansprechen würde, sofern dann noch eine Überlast im Lastkreis vorliegt.A capacitor has similar shutdown conditions in front. At the moment of switching on, the capacitor turns on initially represents a load short circuit, so that the Surveillance circuit should address and in the simplest Case designed as a transistor controllable semiconductor switches off. To such incorrect switching of the protective circuit with capacitive load or a load with cold resistance avoid, the delay circuit is provided. These causes the monitoring circuit to be delayed, so z. B. after a partial charge of a capacity in the load circuit or respond after the increase in cold resistance would, provided there is still an overload in the load circuit.

Ebenso ist es zweckmäßig, daß die Meßschaltung verzögert auf die Überwachungsschaltung einwirkt, damit vom Lastkreis kommende Störungen, die z. B. durch Einstreuen von anderen Leitungen her resultieren können, die Meßschaltung z. B. im Hinblick auf das Erreichen des Nennwiderstandes nicht ansprechen lassen. Durch diese Verzögerungsschaltungen wird daher insgesamt gesehen eine höhere Störunempfindlichkeit der Schutzschaltung erreicht.It is also appropriate that the measuring circuit is delayed to the monitoring circuit acts, thus from the load circuit upcoming disturbances, the z. B. by sprinkling others Lines can result from the measuring circuit z. B. not with regard to reaching the nominal resistance let respond. Through these delay circuits therefore overall seen a higher immunity to interference the protection circuit reached.

Auch ist es besonders vorteilhaft, die Schutzschaltung im Hinblick auf kapazitive Lasten und Lampenlastung im Lastkreis so auszulegen, daß eine Spannungsänderung nach der Zeit im Lastkreis ermittelt wird. Die Schutzschaltung kann hierfür beispielsweise so dimensioniert sein, daß die Überwachungsschaltung ein Sperren des steuerbaren Halbleiters direkt oder indirekt gesteuert über die Meßschaltung erst dann durchführt, wenn ein bestimmter Betrag der Spannungsänderung nach der Zeit unterschritten wird. Die Spannungsänderung nach der Zeit kann sowohl positiv wie negativ orientiert sein. Im Hinblick auf eine kapazitive Last im Lastkreis ist es so möglich, das Ansprechen der Überwachungsschaltung zum Sperren des steuerbaren Halbleiters z. B. solange zu unterbinden, solange die Spannungsänderung du/dt positiv ist. Hier kann selbstverständlich auch ein bestimmter Betrag der Spannungsänderung vorgegeben werden. Erst bei Unterschreiten dieses Betrages und gleichzeitigem Vorliegen des Ansprechstromes für die Überwachungsschaltung würde dann die Überwachungsschaltung den steuerbaren Halbleiter sperren.It is also particularly advantageous to design the protective circuit with regard to capacitive loads and lamp loads in the load circuit in such a way that a change in voltage over time is determined in the load circuit. For this purpose, the protective circuit can, for example, be dimensioned such that the monitoring circuit only blocks the controllable semiconductor, directly or indirectly controlled, via the measuring circuit only when a certain amount of the voltage change falls below the time. The change in voltage over time can be both positive and negative. With regard to a capacitive load in the load circuit, it is possible to respond to the monitoring circuit to block the controllable semiconductor z. B. to prevent as long as the voltage change d u / d t is positive. Of course, a certain amount of voltage change can also be specified here. The monitoring circuit would then block the controllable semiconductor only when this amount is fallen below and the response current for the monitoring circuit is present at the same time.

Auf diese Weise kann daher bei der Zuschaltung einer Lampen- und Kondensatorlast aufgrund der festgestellten Spannungsänderung im Lastkreis zunächst verhindert werden, daß die Überwachungsschaltung die Stromzufuhr zum Lastkreis unterbricht.In this way, when switching on a lamp and capacitor load due to the detected voltage change be prevented in the load circuit that the Monitoring circuit interrupts the power supply to the load circuit.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Schutzschaltung ist es möglich, nach einem Ansprechen der Schutzschaltung den Laststrom erst dann wieder zuzuschalten, wenn sichergestellt ist, daß im Lastkreis kein Kurzschluß oder keine Überlast vorhanden ist. Hierdurch können die bei getakteten Schaltungen auftretenden Impulsspitzen mit ihren gravierenden Nachteilen gänzlich eliminiert werden. Die Erfindung macht sich hierbei zunutze, daß die Ansprechspannung der Meßschaltung und der Spannungsabfall am Nennwiderstand des Lastkreises, wobei letzterer durch den nach dem Abschalten vorhandenen Meßstrom hervorgerufen wird, in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Eine schaltungstechnische Vereinfachung wird diesbezüglich noch dadurch erreicht, daß man einen konstanten Meßstrom verwendet und die Ansprechspannung proportional zu der Versorgungsspannung macht.Due to the protective circuit according to the invention, it is possible the load current only after the protective circuit has responded then switch on again when it is ensured that in Load circuit no short circuit or no overload is present. As a result, those that occur in clocked circuits Pulse peaks with their serious disadvantages entirely be eliminated. The invention makes use of this that the response voltage of the measuring circuit and the voltage drop at the nominal resistance of the load circuit, the latter caused by the measuring current present after switching off will stand in a certain relationship to each other. A circuit simplification is in this regard still achieved by having a constant measuring current used and the response voltage proportional to that Power supply.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier schematischer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated below using two schematic Embodiments explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Schaltungsprinzip der Schutzschaltung, wobei die Meßschaltung und die Überwachungsschaltung als Schaltblöcke dargestellt sind, und Fig. 1 shows a circuit principle of the protective circuit, wherein the measuring circuit and the monitoring circuit are shown as switching blocks, and

Fig. 2 eine erweiterte Ausführungsform der Schutzschaltung nach Fig. 1 mit prinzipiellen Realisierungsmöglichkeiten zur Verzögerung und zur Überwachung der Spannungsänderung am Lastkreis. Fig. 2 shows an extended embodiment of the protection circuit according to Fig. 1 with basic implementation options for delaying and monitoring the voltage change on the load circuit.

Die Schutzschaltung nach Fig. 1 weist eine Überwachungsschaltung Ü und eine Meßschaltung M auf, die miteinander über mindestens zwei Leitungen zur gegenseitigen Ansteuerung in Verbindung stehen. Zwischen den Anschlußklemmen 1 und 2 wird der Schutzschaltung eine Versorgungsspannung U zugeführt. An den Klemmen 3 und 4 ist der eigentliche Lastkreis angeschlossen, der vereinfacht durch einen Lastwiderstand RL symbolisiert ist.The protective circuit according to Fig. 1 comprises a monitoring circuit U and a measuring circuit M, with each other via at least two lines for mutual control in connection. A supply voltage U is supplied to the protective circuit between the connection terminals 1 and 2 . The actual load circuit is connected to terminals 3 and 4 , which is symbolized simply by a load resistor RL .

Die Schutzschaltung steuert über einen Halbleiter, der in Fig. 1 als pnp-Transistor T 1 ausgelegt ist, den in den Lastkreis RL fließenden Strom. Der Emitter des Transistors T 1 liegt über einem Widerstand RE an der z. B. positiven Anschlußklemme 2. Die Überwachungsschaltung Ü liegt mit einem Anschluß an der Anschlußklemme 2 und mit einem anderen Anschluß an einem Knotenpunkt 7 am Emitter des Transistors T 1. Eine weitere Schaltstrecke der Überwachungsschaltung Ü liegt über dem Knotenpunkt 6 an der Basis des Transistors T 1. Dieser Knotenpunkt 6 liegt über einen Widerstand R 3 und einen in Serie dazu vorgesehenen Schalter S an der Anschlußklemme 1, die im Beispiel negatives Potential hat. Die Meßschaltung M liegt mit einem Anschluß am Knotenpunkt 8, der leitungsmäßig mit den Klemmen 1 und 3 verbunden ist. Mit dem Ausgang 21 ist die Meßschaltung M mit der Überwachungsschaltung Ü verbunden, während umgekehrt von der Überwachungsschaltung Ü eine Verbindung zum Anschluß 18 der Meßschaltung M besteht. Des weiteren liegt die Meßschaltung M über einen Anschluß 9 an der Klemme 4 des Lastwiderstandes bzw. am Kollektor des Transistors T 1.The protective circuit controls the current flowing into the load circuit RL via a semiconductor, which is designed as pnp transistor T 1 in FIG. 1. The emitter of transistor T 1 is connected via a resistor RE to the z. B. positive terminal 2 . The monitoring circuit Ü is connected to the terminal 2 with another connection and to a node 7 at the emitter of the transistor T 1 . Another switching path of the monitoring circuit Ü lies above the node 6 at the base of the transistor T 1 . This node 6 is connected via a resistor R 3 and a series-provided switch S to the connection terminal 1 , which has a negative potential in the example. The measuring circuit M is connected to a connection at node 8 , which is connected to terminals 1 and 3 in terms of line. With the output 21 , the measuring circuit M is connected to the monitoring circuit Ü , while, conversely, there is a connection from the monitoring circuit Ü to the connection 18 of the measuring circuit M. Furthermore, the measuring circuit M is connected via a connection 9 to the terminal 4 of the load resistor or to the collector of the transistor T 1 .

Zur Funktionsbeschreibung sei angenommen, daß der Schalter S, der auch als elektronischer Schalter ausgelegt sein kann, geschlossen ist und der Transistor T 1 geöffnet ist, so daß ein Strom von der Anschlußklemme 2 über den Widerstand RE und den Transistor T 1 in den Lastkreis RL fließen kann. In dieser Phase ist der Anschluß 18 der Meßschaltung gesperrt. Die Überwachungsschaltung Ü detektiert den an RE entstehenden Spannungsabfall. Sofern z. B. durch einen im Lastkreis RL auftretenden Überstrom oder Kurzschluß der über RE fließende Strom den Ansprechstrom überschreitet, sperrt die Überwachungsschaltung Ü einerseits den Transistor T 1 über dessen Basis. Andererseits wird über den Anschluß 18 die Meßschaltung M angesteuert, damit im Beispiel nach Fig. 1 schematisch gesehen diese einen Meßstrom über die Leitung 9 in den Lastkreis RL schickt.For the functional description it is assumed that the switch S , which can also be designed as an electronic switch, is closed and the transistor T 1 is open, so that a current from the terminal 2 via the resistor RE and the transistor T 1 into the load circuit RL can flow. In this phase, the connection 18 of the measuring circuit is blocked. The monitoring circuit Ü detects the voltage drop occurring at RE . If z. B. by an overcurrent or short circuit occurring in the load circuit RL the current flowing through RE exceeds the response current, the monitoring circuit U blocks the transistor T 1 on its base. On the other hand, the measuring circuit M is driven via the connection 18 , so that, in the example according to FIG. 1, this sends a measuring current via the line 9 into the load circuit RL .

Der Meßstrom ist vorzugsweise ein Konstantstrom, der wesentlich niedriger, z. B. um mehr als eine Zehnerpotenz niedriger, als der sonst im Lastkreis fließende Strom ist.The measuring current is preferably a constant current, which is essential lower, e.g. B. by more than a power of ten, than the current otherwise flowing in the load circuit.

Unter der Voraussetzung, daß die z. B. als Komparator oder Operationsverstärker aufgebaute Meßschaltung M mit ihrem Ansprechwert auf den bei dem erzeugten Meßstrom am Nennwiderstand des Lastkreises RL vorhandenen Spannungsabfall eingestellt ist, vergleicht die Meßschaltung diesen sozusagen eingeprägten Ansprechwert mit dem Spannungsabfall, der sich durch Änderung des Lastkreises nach dem aufgetretenen Störungsfall daran einstellt. Sofern der Nennlastwiderstand im Lastkreis erreicht oder überschritten wird, triggert die Meßschaltung M die Überwachungsschaltung über den Ausgang 21, so daß die Überwachungsschaltung Ü die Sperrung des Transistors T 1 durch entsprechende Ansteuerung der Basis von T 1 aufhebt. Hierdurch kann der Lastkreis R _L, in dem der Nennlastwiderstand vorliegt, über den Transistor T 1 wieder mit dem entsprechenden Nennstrom beschickt werden.Provided that the z. B. built as a comparator or operational amplifier measuring circuit M with its response value to the voltage drop present in the measuring current generated at the nominal resistance of the load circuit RL , the measuring circuit compares this, so to speak, impressed response value with the voltage drop resulting from a change in the load circuit after the malfunction occurred sets. If the nominal load resistance in the load circuit is reached or exceeded, the measuring circuit M triggers the monitoring circuit via the output 21 , so that the monitoring circuit Ü cancels the blocking of the transistor T 1 by correspondingly controlling the base of T 1 . As a result, the load circuit R _L , in which the nominal load resistance is present, can be fed with the corresponding nominal current again via the transistor T 1 .

In Fig. 2 ist eine erweiterte Ausführungsform der Schutzschaltung dargestellt. Eingetragen sind zusätzliche Elemente, mit denen erreicht wird, daß die Ansprechspannung der Meßschaltung M proportional der Versorgungsspannung U ist und daß ein Konstantstrom als Meßstrom für den Lastkreis R _L gebildet wird. Weitere Bauelemente dienen der Verzögerung sowie der Bildung der Ableitung von du/dt am Lastkreis. Soweit gleiche Bezugszeichen verwendet sind, betreffen diese gleiche Elemente wie in der Schaltung nach Fig. 1. Die prinzipielle Funktion ist ebenfalls identisch mit der Funktion nach Fig. 1.In FIG. 2, an extended embodiment of the protection circuit is illustrated. Additional elements are entered with which it is achieved that the response voltage of the measuring circuit M is proportional to the supply voltage U and that a constant current is formed as the measuring current for the load circuit R _L. Other components are used to delay and form the derivative of d u / d t on the load circuit. Insofar as the same reference numerals are used, they relate to the same elements as in the circuit according to FIG. 1. The basic function is also identical to the function according to FIG. 1.

Die Meßschaltung M ist in Fig. 2 als ein Operationsverstärker mit drei Eingängen 9, 19 und 29 dargestellt. Der Eingang 19 liegt am Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten Widerstände R₁ und R₂, wobei die Reihenschaltung dieser Widerstände parallel zur Versorgungsspannung geschaltet ist. Das freie Ende des Widerstandes R₁ ist mit dem Anschlußpunkt 1 und das freie Ende des Widerstandes R₂ ist mit dem Anschlußpunkt 2 verbunden. Der Spannungsabfall am Widerstand R₁ bestimmt somit den Ansprechwert der Meßschaltung M. Dieser Spannungsabfall ist direkt proportional der Versorgungsspannung U. The measuring circuit M is shown in Fig. 2 as an operational amplifier with three inputs 9, 19 and 29 . The input 19 is located at the connection point of the two resistors R ₁ and R ₂ connected in series, the series connection of these resistors being connected in parallel with the supply voltage. The free end of the resistor R ₁ is connected to the connection point 1 and the free end of the resistor R ₂ is connected to the connection point 2 . The voltage drop across the resistor R ₁ thus determines the response value of the measuring circuit M. This voltage drop is directly proportional to the supply voltage U.

Der Eingang 9 der Meßschaltung M detektiert in Fig. 2 den Spannungsabfall im Lastkreis R _L, hervorgerufen durch den Meßstrom im Lastkreis R _L. Zur Erzeugung des Meßstromes ist in Fig. 2 zwischen den Anschlußpunkt 18 der Meßschaltung M und den Anschlußpunkt 4 für den Lastkreis ein Stromkonstanter 30 geschaltet. Gleichzeitig mit der Aktivierung der Meßschaltung M durch die Überwachungsschaltung Ü wird der Stromkonstanter 30 mit Spannung versorgt und treibt einen konstanten Strom IK als Meßstrom in den Lastkreis. Je nach Ausbau des Stromkonstanters kann eine Diode in Reihe mit dem Stromkonstanter geschaltet werden, um zu verhindern, daß der Anschlußpunkt 18 der Meßschaltung M über den Kollektor des Transistors T₁ angesteuert werden kann.In FIG. 2, input 9 of measuring circuit M detects the voltage drop in load circuit R _L , caused by the measuring current in load circuit R _L. To generate the measuring current, a current constant 30 is connected in FIG. 2 between the connection point 18 of the measuring circuit M and the connection point 4 for the load circuit. Simultaneously with the activation of the measuring circuit M by the monitoring circuit Ü , the current constant 30 is supplied with voltage and drives a constant current IK as a measuring current in the load circuit. Depending on the configuration of the current constant, a diode can be connected in series with the current constant in order to prevent the connection point 18 of the measuring circuit M from being controlled via the collector of the transistor T ₁.

Bei dieser Anordnung läßt sich für das Ansprechen der Meßschaltung M zum Ansteuern der Überwachungsschaltung Ü folgende Beziehung mathematisch ableiten:With this arrangement, the following relationship can be derived mathematically for the response of the measuring circuit M to control the monitoring circuit Ü :

Aufgrund dieser Beziehung wird erreicht, daß die Meßschaltung unabhängig von der Versorgungsspannung nur dann die Überwachungsschaltung ansteuert, wenn der von der Versorgungsspannung abhängige Nennlastwiderstand im Lastkreis R _L erreicht oder überschritten ist.Because of this relationship it is achieved that the measuring circuit, independent of the supply voltage, only controls the monitoring circuit when the nominal load resistance in the load circuit R _L , which is dependent on the supply voltage, has been reached or exceeded.

Mit dem Kondensator 40, der parallel zum Widerstand R _E geschaltet ist, wird eine Ansprechverzögerung der Überwachungsschaltung Ü erreicht. Bei Überstrom oder Kurzschluß im Lastkreis R _L muß der Kondensator 40 erst geladen werden, bevor ein Ansprechen der Überwachungsschaltung Ü erfolgt. Selbstverständlich kann die Wirkung dieses Kondensators 40 durch geeignete Beschaltung mit weiteren, vorzugsweise Reihenwiderständen in der Verbindungsleitung vom Anschlußpunkt 7 zur Überwachungseinrichtung Ü in eine gewünschte Richtung verändert werden.With the capacitor 40 , which is connected in parallel with the resistor R _E , a response delay of the monitoring circuit Ü is achieved. For overcurrent or short circuit in the load circuit R _L, the capacitor 40 must be loaded first before a response of the monitoring circuit Ü occurs. Of course, the effect of this capacitor 40 can be changed in a desired direction by suitable wiring with further, preferably series, resistances in the connecting line from the connection point 7 to the monitoring device Ü .

Der Kondensator 41, der zwischen die Anschlußpunkte 21 und 2 geschaltet ist, dient beispielhaft dazu, daß die Überwachungsschaltung Ü von der Meßschaltung M verzögert angesteuert wird. Die Ladespannung an diesem Kondensator muß einen bestimmten Wert erreichen, bevor eine Steuerung der Überwachungsschaltung Ü erfolgt.The capacitor 41 , which is connected between the connection points 21 and 2 , serves, for example, for the monitoring circuit U to be triggered with a delay by the measuring circuit M. The charging voltage at this capacitor must reach a certain value before the monitoring circuit Ü is controlled.

Parallel zu den Anschlußpunkten 3 und 4 für die Last R _L ist eine Reihenschaltung, bestehend aus Kondensator 42, Widerstand R 4 und R 5 geschaltet. Das freie Ende des Kondensators 42 ist mit dem Anschluß 4 verbunden und das freie Ende des Widerstandes R 5 mit dem Anschlußpunkt 3. Der Verbindungspunkt der Widerstände R 4 und R 5 ist mit dem Anschlußpunkt 29 der Meßschaltung M verbunden. Solange am Lastwiderstand R _L eine Spannungsänderung auftritt, z. B. dadurch, daß dem Lastwiderstand R _L ein Kondensator parallel geschaltet ist oder daß sich der Lastwiderstand R _L infolge des Stromflusses zeitlich verändert, fließt über den Kondensator 42 ein Strom durch die Widerstände R 4 und R 5. Der Spannungsabfall am Widerstand R 5 wirkt über den Anschlußpunkt 29 so auf die Meßschaltung ein, daß bei Überschreiten eines bestimmten Betrages dieses Spannungsabfalls die Meßschaltung eine Steuerung der Überwachungsschaltung nicht vornehmen kann, auch dann nicht, wenn der Ansprechwert am Widerstand R 1 überschritten ist.A series circuit consisting of capacitor 42 , resistor R 4 and R 5 is connected in parallel with the connection points 3 and 4 for the load R _L. The free end of the capacitor 42 is connected to the connection 4 and the free end of the resistor R 5 to the connection point 3 . The connection point of the resistors R 4 and R 5 is connected to the connection point 29 of the measuring circuit M. As long as a voltage change occurs at the load resistor R _L , e.g. B. in that the load resistor R _L, a capacitor is connected in parallel or that the load resistor R _L changes over time due to the current flow, a current flows through the capacitor 42 through the resistors R 4 and R 5 . The voltage drop across resistor R 5 acts on the measuring circuit via connection point 29 in such a way that the measuring circuit cannot control the monitoring circuit when a certain amount of this voltage drop is exceeded, even if the response value at resistor R 1 is exceeded.

Claims

1.Protection circuit for a controllable semiconductor switch against overload and short circuit in a load circuit, with a monitoring circuit measuring the current through the controllable semiconductor switch, which blocks the semiconductor switch to be protected at a predetermined response current that is at least minimally greater than the nominal current in the load circuit a measuring circuit connected to the monitoring circuit, which is supplied with a voltage dependent on the load circuit and a reference voltage and which responds when a predeterminable voltage drop is reached at a load resistor contained in the load circuit and controls the monitoring circuit at least to release the blocking of the controllable semiconductor switch, the semiconductor switch in Series connection to the load circuit is connected to a common supply voltage for the protective circuit and the load circuit and a measuring current flows in the load circuit when the controllable semiconductor switch is blocked, characterized in that net,
that the measuring current is a current flowing through the load resistor (R _L) constant current and the voltage drop thereby produced across the load resistor (R _L) is detected by the measuring circuit (M), and
that the reference voltage supplied to the measuring circuit (M) is proportional to the supply voltage (U) of the protective circuit and the load circuit.

2. Protection circuit according to claim 1, characterized in that the measuring circuit (M) a further, depending on the voltage change (d u / d t) in the load circuit voltage is supplied and that the measuring circuit, the monitoring circuit (Ü) with a view to blocking the controllable semiconductor (T 1 ) controls ineffective as long as the amount of voltage change (d u / d t) in one direction exceeds an adjustable value.